全 文 ：第 26 卷 第 3 期 作　物　学　报 V ol. 26, N o. 3
2000 年 5 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA M ay, 2000
水稻剑叶性状的遗传分析和基因定位X
李仕贵1, 2　何　平2　王玉平1　黎汉云1　陈　英2　周开达1　朱立煌2
(1四川农业大学水稻研究所 四川温江, 611130; 2 中国科学院遗传研究所 北京, 100101)
提　要　本研究以水稻籼粳杂交 (窄叶青 8 号×京系 17) F 1 经花药培养, 产生的双单倍体 (DH ) 群体和
应用该群体已构建的分子图谱为基础。采用Q TL 区间作图法对 5 个剑叶性状进行定位分析, 结果表
明, 在DH 群体中, 剑叶长、宽、长宽比和叶面积呈连续分布, 受微效多基因控制, 并且各性状均存在
一定数量的超亲遗传类型。4 个性状共检测出 13 个 Q TL s 位点, 分布于 6 条染色体; 这些Q TL s 对相
应性状的贡献率介于 8. 7%～ 18. 5% 之间。其中在第 4 和第 8 染色体上检测到控制剑叶长的 2 个Q TL 2
s; 在第 1, 3, 8 和 12 染色体上分别检测到 4 个Q TL s 与叶宽有关; 影响剑叶长宽比的 5 个Q TL s 分别
定位于第 1, 3 和 7 染色体上; 控制叶面积的两个Q TL s 分别与控制叶长的两个Q TL s 一致。叶片卷曲
受两对互补的主效基因 rl21 和 rl27 控制, 分别位于第 1 和第 5 染色体, 其中卷叶DH 系的基因型为 rl2
1rl21rl27rl27。
关键词　水稻; 剑叶性状; DH 群体; 基因定位
Genetic Ana lysis and Gene M apping of the L eaf Tra its in R ice (O ryza
sa t iva L. )
L I Sh i2Gui1, 2　H E P ing2　WAN G Yu2P ing1　L IH an2Yun1　CH EN Ying2　ZHOU Kai2D a1　
ZHU L i2H uang2
(1 R ice R esearch Institu te of S ichuan A g ricultural U niversity , W enj iang 611130; 2 Institu te of Genetics, A cad em ia S inica, B eij ing
100101)
Abstract　Based on a molecular linkage m ap of a doubled hap lo id population derived from the in2
ter2subspecific cross betw een indica variety (Zhaiyeqing 8) and japon ica variety (J ingx i 17). T he
Q TL analysisw as conducted fo r flag leaf traits, including flag leaf length, w idth, length ö w idth,
area and leaf ro ll. 13 Q TL s w ith m in i effects w ere detected in 8 in tervals of 6 ch romosom es and
the range of variations exp lained 8. 7%～ 18. 5%. For leaf length, two Q TL s w ere iden tified on
ch romosom e 4 and 8; four Q TL s fo r leaf w idth located on ch romosom es 1, 3, 8 and 12 respec2
tively; five Q TL s w ere related to length ö w idth on ch romosom es 1, 3 and 7 respectively. Two
Q TL s fo r leaf area w ere just the sam e as leaf length. T he leaf ro llw as con tro lled by two pairs of
m ajo r genes m apped on ch romosom es 1 and 5.
Key words　R ice; F lag leaf traits; Doubled hap lo id population; Q TL s
本研究利用籼粳交的DH 群体及其分子连锁图谱对剑叶长、宽、长宽比、叶面积和卷叶,
5 个叶片性状进行遗传分析和基因定位[ 1～ 13 ]。
X 本文属国家“九五”科技攻关项目资助
收稿日期: 1998209208, 接收日期: 1999206212

1　材料与方法
1. 1　试验材料和剑叶形态性状调查
利用籼稻品种窄叶青 8 号 (ZYQ 8) 和粳稻品种京系 17 (JX17) 为亲本, 获得了一个由 127
个稳定的株系组成的加倍单倍体 (DH ) 群体。1997 年春, 在四川农业大学水稻研究所试验场
内, 选取肥力均匀的田块种植亲本和DH 系。4 月 25 日播种, 5 月 26 日移栽, 单苗栽插, 种
植规格为 16. 7 cm ×26. 7 cm , 每个DH 系种植 3 行, 每行 12 株, 抽穗 7 天后, 取中间 5 株测
量每穗的剑叶长、宽和叶面积, 计算叶片长宽比。并对这 4 个性状进行相关分析。叶片卷曲
度以叶横切面呈半圆至圆筒为卷叶, 否则记为平展。
1. 2　基因定位和基因效应分析
本研究所用DH 群体已构建了水稻分子连锁图谱, 该图谱包括 200 个分子标记, 覆盖水
稻基因组 1962 cM , 并且均匀地分布于水稻 12 条染色体上, 并已用该图谱定位了若干个数量
性状基因座位 (Q TL s) [ 13～ 16 ]。本研究以此图谱为基础, 采用M apm arker ö Q TL 软件对剑叶长、
宽, 长宽比, 单叶面积, 卷叶的Q TL s 进行区间作图分析。同时计算每个Q TL 对各性状的贡
献率和加性效应。
2　结果分析
2. 1　各性状在亲本间和D H 群体中的表现
表1列出了与剑叶形态相关的4个性状在DH 群体和亲本的表现 , 结果表明 , ZYQ 8和
表 1　　4 个剑叶形态性状在双亲间的差异及在DH 群体中的变异
Table 1　　The differences of four f lag leaf tra its in the parents and the DH population
性状
T raits
剑叶长 (cm )
F lag leaf
length
剑叶宽 (cm )
F lag leaf
w idth
剑叶面积 (cm 2)
F lag leaf area
剑叶长宽比
F lag leaf
length ö w idth
ZYQ 8 27. 73 1. 50 27. 73 18. 49
JX17 33. 00 1. 40 30. 80 23. 57
t value 2. 573 1. 03 1. 16 2. 983 3
M eans of DH lines 30. 982 1. 45 30. 19 21. 78
Range 17. 5～ 48. 9 0. 90～ 2. 05 13. 67～ 51. 13 13. 70～ 36. 61
　　3 , 3 3 分别表示差异超过 5% 和 1% 显著水平。
3 , 3 3 indicate the 5% and 1% significant level, respectively.
JX17 的剑叶长度和长
宽比都存在显著差异;
双亲的叶片宽度和叶面
积差异较小, 但DH 系
间的差异较大, 表明双
亲的遗传差异明显。从
这 4 个性状在DH 系中
的变异幅度分析, 均表
现明显的超亲分离, 并
且呈连续分布 (图 1) ;
各性状的平均值都接近
于各自的中亲值, 表明 4 个性状都是受多基因控制的数量性状, 符合Q TL 区间作图的要求。
性状间的相关分析结果表明 (表 2) , 除剑叶长宽比和叶面积之间不存在相关性, 其它性状之
间均存在极显著的相关关系。
ZYQ 8 和 JX17 的叶片皆为平展 (以半圆至圆筒形卷曲为标准) , 在DH 系间这一性状存
在明显的分离, 其中有 41 个叶片卷曲的DH 系, 86 个平展叶DH 系, 经 V2 检验, 其分离比例
符合 1∶3, 表明半圆至圆筒形卷曲受两对隐性主效基因控制。
2. 2　剑叶形态性状的 QTL 定位和遗传参数估算
运用区间作图检测到控制剑叶形态性状的 13 个Q TL s(表 3)。在第 4 染色体长臂近端部
和 8 染色体着丝点附近区域检测到控制剑叶长的两个Q TL s(1121 和 1122) , 各导致 18. 5% 和
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图 1　　4 个剑叶形态性状在 DH 群体中的分布图
F ig. 1　　D istribution of four flag leaf traits in the DH population
表 2　　4 个剑叶形态性状间相关性状估计
Table 2　　The Correlation coeff ic ien ts between four f lag leaf tra its
性状
T raits
剑叶长 (cm )
F lag leaf length
剑叶宽 (cm )
F lag leaf w idth
剑叶长宽比
F lag leaf
length ö w idth
F lag leaf w idth 0. 28403 3
F lag leaf length ö w idth 0. 65773 3 - 0. 50563 3
F lag leaf areas 0. 78983 3 0. 76873 3 0. 1329
　　3 3 表示差异超过 1% 显著水平。
　　3 3 indicate the 1% significant level, respectively.
9% 的变异 (图 2) , 其单个Q TL 的
加性效应能分别使剑叶长增加 5
cm 和 3 cm。影响剑叶宽的基因位
点共检测出 4 个, 定位于第 1、3、8
和 12 染色体上, 单个Q TL 的加性
效应均较小, 表型贡献率 8. 7%～
10. 3%。剑叶长宽比受 5 个 Q TL s
影响, 分别位于第 1, 3 和 7 染色
体, 它们对剑叶长宽比的表型贡献
率介于 8. 9%～ 14. 8% ; 其中 rlw 23b 表现负性加性效应, 其效应值为- 2. 78, 其余 4 个位点
都表现增加叶片长宽比的作用, 单个Q TL 的效应值为 3. 07～ 3. 63。影响叶面积的两个Q TL 2
s, 分别位于第 4 和 8 染色体 (1s24、1s28) , 各导致 17. 4% 和 12% 的变异, 其加性效应值分别
为 9. 17 和 10. 6。
　　叶片卷曲受两对隐性主效基因控制, 将卷叶作为数量性状, 应用M A PM A KER ö Q TL 的
区间作图法进行分析, 检测到分别位于第 1 和 5 染色体两个位点, 其中第 1 染色体的卷叶位
点位于C949～ G370 之间, LOD 值为 5. 68, 与经典遗传图谱已定的 rl21 位于同一区段, 本研
究沿用该名。第五染色体上的卷叶基因位于R G13～ R G57 之间, LOD 值为 4. 80, 是一个未
定位的卷叶基因位点, 暂定名为 rl27 (图 2) ; 这两对基因存在基因互补效应, 其中卷叶DH 系
的基因型为 rl21rl21rl27rl27。
3623 期　　　　　　　　　　　李仕贵等: 水稻剑叶性状的遗传分析和基因定位　　　　　　　　　　　　　

表 3　　4 个剑叶形态性状的 QTL s 定位及其遗传参数估算
Table 3　　QTL s and the ir genetic parameters estimated for four f lag leaf tra its
性状
T raits
位点
Locus
标记区间
M arker interval
染色体
Chromosom e
LOD 值
LOD score
贡献率 (% )
% variation
加性效应
A dditive
剑叶长 　ll24 　RM 226- CT 500 4 5. 12 　　　18. 5 　　5. 06
F lag leaf length 　ll28 　RM 44- BP127 8 2. 27 9. 0 3. 65
剑叶宽 　lw 21 　C112- RG536 1 2. 76 10. 3 - 0. 16
F lag leaf w idth 　lw 23 　RG756- CT211 3 2. 23 10. 1 0. 15
　lw 28 　RM 44- BP127 8 2. 09 8. 7 0. 15
　lw 212 　RM 463- G148 12 2. 43 8. 9 0. 15
剑叶长宽比 　rlw 21a 　C949- C385 1 3. 25 11. 8 3. 20
F lag leaf 　rlw 21b 　RG612- C131 1 2. 87 13. 1 3. 46
length ö w idth 　rlw 23a 　GA 53- C746 3 2. 28 10. 9 3. 07
　rlw 23b 　G164- RG756 3 2. 08 8. 9 - 2. 78
　rlw 27 　RG351- RM 284 7 3. 30 14. 8 3. 63
剑叶面积 　ls24 　RM 226- CT 500 4 4. 83 17. 4 10. 60
F lag leaf area 　ls28 　RM 44- BP127 8 3. 01 12. 0 9. 17
图 2　　4 个剑叶形态性状的Q TL 在分子图谱上的位置
F ig. 2　　Location of for four flag leaf traits in molecular linkage m ap
3　讨论
水稻叶片性状是株型构成的重要因素, 直接关系到叶片的光合面积和光能利用率; 其中
剑叶对水稻产量的形成更为突出, 它是光合产物输向穗部的主要供应者。夏仲炎和马达鹏等
报道了粳稻剑叶长、宽和叶面积是受微效多基因控制的数量性状, 并且具有较高的遗传
力[ 2, 4 ]; 晏月明等研究了 11 个籼、粳杂种剑叶性状的遗传特点, 认为剑叶长、宽和叶面积至
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少受两对基因控制, 其遗传力在 60%～ 90% 之间[ 5 ]。这些与本研究结果类似。至于叶片性状
的Q TL s 定位还未见报道, 本研究以DH 群体构建的分子连锁图谱为基础采用LOD 值大于
2. 00 为Q TL 存在于染色体某一位置的阈值, 对 4 个剑叶形态性状的Q TL 进行区间作图, 共
检测出 13 个Q TL 位点; 其中剑叶长和叶面积各受两对微效基因控制, 剑叶宽和长宽比分别
受 4 和 5 个Q TL s 作用。两个亲本的叶宽和单叶面积差异不显著, 但应用该DH 群体和分子
图谱均能对其进行有效的Q TL 定位, 由此可见, Q TL 定位并非一定要求农艺性状的表型值
在亲本之间存在显著差异。
经典数量遗传学把控制一个性状的多个基因作为一个整体进行研究, 无法区分单个微效
基因在染色体的位置及其遗传效应, 也难以确定相关的Q TL 之间的相互关系。Q TL 分析为
解释这类性状复杂的遗传背景及性状之间的相互关系提供了证据; 本研究结果显示, 控制剑
叶 5 性状的 13 个Q TL s 分布于 6 条染色体上, 且影响相关性状的一些Q TL 位于同一染色体
的相同或者相邻区域上。如第 8 染色体的RM 44- BP127 区间同时存在控制剑叶长、叶宽和
剑叶面积的Q TL , 影响剑叶长的 ll24 和剑叶面积的 ls24 位于第 4 染色体的RM 2262CT 500 区
段, 且皆为正性加性效应。在控制叶宽和长宽比的Q TL s 中, lw 21 和 rlw 21a, lw 23 和 rlw 23b,
不但定位于相同染色体的同一区域, 而且遗传作用效应相反; 由此可以推测, 这些性状间存
在相关性可能由同一类Q TL s 的遗传多效性控制; 在水稻产量及其构成因素和株高与节间长
度的Q TL 定位研究中也得到类似的结果[ 12, 15, 16 ]。在育种中利用与这些Q TL 连锁的分子标
记进行辅助选择, 将有助于多个性状的改良。
卷叶是水稻株叶形态直接相关的性状, 叶片适度卷曲有利于保持叶片直立, 改善植株的
受光姿态, 提高光能利用效率。沈福成等 (1983) 研究稻叶卷曲的遗传, 认为水稻卷叶受一对
隐性基因控制[ 6 ]。顾兴友和顾铭洪 (1995) 报道日本流岗卷叶粳的卷叶特性以单基因不完全显
性方式遗传[ 7 ]。目前, 在经典遗传图谱已标定了 6 个控制卷叶的隐性基因 ( rl21, 2, 3, 4, 5,
6) , 但都未在分子图谱上定位[ 8 ]。本研究应用典型籼粳交 F 1 的DH 系, 将控制水稻叶片卷曲
的基因定位于第 1 和 5 染色体, 根据经典图谱和分子图谱的比较研究, 本文第 1 染色体上的
卷叶基因与经典图谱已定位的 rl21 位于染色体同一区段, 致于是否为同一基因有待于进一步
研究。第 5 染色体的卷叶基因为未报到的新基因, 暂定名为 rl27, 并且这两对基因存在互补
效应。
参　考　文　献
1　郭二男. 江苏农业科学, 1981, (5) : 9～ 16
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4　马达鹏. 贵州农业科学, 1989, (5) : 1～ 7
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7　顾兴友, 顾铭洪. 遗传, 1995, 17 (5) : 20～ 23
8　Khush GS, T. Kinosh ita R ice B iotechnology , 1991, 83～ 108
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10　Paterson AH , SE L ander, S Hew t, et al. N ature 1988, 335: 721～ 726
11　Jansen, RC. T rend s P lants S ci. , 1996, 1: 89～ 94
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5623 期　　　　　　　　　　　李仕贵等: 水稻剑叶性状的遗传分析和基因定位